平面梁结构的内力计算.doc

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1、成 绩 评 定 表学生姓名班级学号专 业机械设计制造及其自动化课程设计题目平面梁结构的内力计算评语组长签字：成绩日期 20 年 月 日课程设计任务书学 院机械工程学院专 业机械设计制造及其自动化学生姓名班级学号课程设计题目平面梁结构的内力计算实践教学要求与任务:一、1.平面连杆的静力学分析；2.超静定桁架有限元计算，温度应力的有限元计算和环的温度应力的有限元计算；3.平面梁结构的内力计算；4.空间梁的静力学分析；5.压力容器的静力学分析；6.机翼模型的模态分析；7.压杆稳定临界载荷计算；8.过盈配合与拔销接触分析；9.轮子的静力学分析；10.轴承座的有限元分析。二、通过调研在工厂，企业或科研单

2、位进行工程实践的基础上。或结合老师的科研课题，针对具体工程实例，应用ANSYS软件进行有限元分析计算，也可参考材料力学，弹性力学或机械设计中的问题或习题，如有限元ANSYS练习上机指南附录中的题目进行分析计算。工作计划与进度安排:一、学习CAE软件ANSYS（28学时）第1次上机（4学时）做有限元ANSYS上机练习指南中习题1；第2次上机（4学时）做有限元ANSYS上机练习指南中习题2；第3次上机（4学时）做有限元ANSYS上机练习指南中习题3,4；第4次上机（4学时）做有限元ANSYS上机练习指南中习题5,6,7；第5次上机（4学时）做有限元ANSYS上机练习指南中习题8；第6次上机（4学时

3、）做有限元ANSYS上机练习指南中习题9；第7次上机（4学时）做有限元ANSYS上机练习指南中习题10；二、自拟题目上机（第8次上机，4学时）注：该部分练习需要上机4学时，如果课内上机时间不够，学生可利用课后业余时间完成，课程实训说明书撰写不占用课内时间，由学生自行安排时间完成。指导教师： 2014年 月 日专业负责人： 2014年 月 日学院教学副院长： 2014 年 月 日有限元课程设计前言有限元分析的基本概念是用简单的问题代替复杂的问题后在求解，他将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域构成，对每一单元假定一个合适的（较简单的）近似解，然后推导求解这个域的总得满足的条件(如结构的平衡

4、条件)，从而得到问题的解，这个解不是准确解，而是近似解。因实际问题被较简单的问题取代。由于大多数问题无法得到准确的解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种不同的形状。因而成为行之有效的因而成为行之有效的工程分析手段 有限元是那些集合在一起能够表示实际连续域的离散单元，有限元的概念早在几个世纪前就己产生并得到了应用，例如用多边形（有限个直线单元）逼近圆来求得圆的周长，但作为一种方法而被提出，则是最近的事。有限元法最初被称为矩阵近似方法，应用于航空器的结构强度计算，并由于其方便性、实用性和有效性而引起从平力学研究的科学家的浓厚兴趣。经过短短数十年的努力，随着计算机技术的快速发展和普及，有限元方法

5、迅速从结构工程强度分析计算扩展到几乎所有的科学技术领域，成为一种丰富多彩、应用广泛并且实用高效的数值分析方法。 有限元方法与其他求解边值问题近似方法的根本区别在于它的近似性仅限于相对小的子域中。20世纪60年代初首次提出结构力学计算有限元概念的克拉夫(CClough)教授形象地将其描绘为:“有限元法=Rayleigh Ritz法+分片函数”，即有限元法是Rayleigh Ritz法的一种局部化情况。限元法将函数定义在简单几何形状的单元域上，且不考虑整个定义域的复杂边界条件，这是有限元法优于其他近似方法的原因之一。随着市场竞争的加剧，产品更新周期愈来愈短，企业对新技术的需求更加迫切，而有限值模拟

6、技术是提升产品质量、缩短设计周期、提高产品竞争力的一项有效手段，所以，计算机技术和计算方法的发展，有限元法在工程设计和科研领域得到了越来越广泛的重己经成为解决复杂工程分析计算问题的有效途径，从汽车到航天飞机几乎所有的设计制造都己离不开有限元分析计算，其在机械制造、材料加工、航空航天、汽车、土木建电子电器、国防军工、船舶、铁道、石化、能源和科学研究等各个领域的广泛使用已使水平发生了质的飞跃。目录一、 前言. 0二、 平面梁结构的静力学分析 21. 问题阐述 22. 物理参数与几何参数. 2三、 交互式的求解过程. 31. 创建节点. 32. 定义单元类型和材料特性. 43. 创建单元. 54.

7、施加约束和载荷. 55. 求解. . 76. 后处理. . 87. 退出程序. . 11四、 参考文献. . 12平面梁结构的内力计算问题阐述：一简支梁结构，M=10KN M,F=10KN,Q=10KN/M。B=0.1M，梁高H=0.2M梁长L=3M.该梁进行分析，画出弯矩图和剪力图。用材料力学计算所得剪力和弯矩图如下：本题是将梁划分为6个单元，7个节点，采用基于欧拉梁理论（材料力学）的2维平面梁单元BEAM3模拟实际结构，进行静力学分析。创建节点1.1创建梁的各个节点给梁的各参数赋值: Utility Menu：ParametersScalar Parameters界面，在Selection

8、下输入梁高H=0.2按下Accept；输入梁宽B=0.1Accept；梁长L=3Accept；计算梁的横截面积AREA=B*HAccept；计算梁的截面惯性矩IZZ=B*H*H*H/12Accept；然后定义载荷：弯矩M=10000Accept；集中力F=-10000Accept；均布载荷Q= 10000Accept；Close.Main Menu：PreprocessorModelingCreateNodeIn Active CS。在创建节点窗口内，在NODE后的编辑框内输入节点号1，并在X，Y，Z后的编辑框内输入0，0，0作为节点1的坐标值。按下该窗口内的Apply按钮。输入节点号7，并在

9、X，Y，Z后的编辑框内输入L，0，0作为节点7的坐标值。按下OK按钮。Main Menu：Preprocessor-Modeling-CreateNodeFill between Nds。在图形窗口内，用鼠标选择节点1和7。按下Fill between Nods窗口内的Apply按钮。按下OK按钮，完成在节点1到节点7之间节点的填充。1.2显示各个节点Utility Menu：PlotctrlsNumberings将Node numbers项设置为On。Utility Menu：PlotNodesUtility Menu：ListNodes对出现的窗口不做任何操作，按下OK按钮。浏览节点信息后

10、，关闭该信息窗口。2定义单元类型、材料特性和梁的横截面几何参数2.1定义单元类型Main Menu：PreprocessorElement TypeAdd/Edit/Delete按下Element Type窗口内的Add按钮。在单元类型库中，选择左侧列表中的BEAM单元家族，及右侧列表中2D elastic 3类型。按下OK按钮完成选择。按下Close按钮关闭Element Type窗口。2.2定义材料特性Main Menu：PreprocessorMaterial PropsMaterial Models。在材料定义窗口内选择：StructuralLinearElasticIsotropic

11、。在EX后的文本框内输入数值2.06e11作为弹性模量。按下OK按钮完成定义。2.3定义梁的横截面几何参数Main Menu：PreprocessorReal ConstantsAdd/Edit/Delete。按下Real Constants窗口内的Add按钮。按下Real Constants for Element Type窗口内的OK按钮。依次输入1,AREA,IZZ,H。按下OK按钮完成定义。按下Real Constants窗口内的Close按钮。3创建单元3.1创建单元Main Menu：PreprocessorCreateElementsAuto-NumberedThru Nodes

12、。在图形窗口内，用鼠标点选节点1和2。按下按下OK按钮完成单元1的定义。Main Menu：PreprocessorModelingCopyElementsAuto-Numbered。用光标选择单元1，然后点Apply。在ITIME后的编辑框内输入6（包括被复制的单元1）作为要复制的单元总数。按下OK按钮完成单元2到单元10的定义。3.2显示单元信息Utility Menu：PlotCtrlsNumberings在第一个下拉列表中，选择Elements numbers选项。Utility Menu：PlotElementsUtility Menu：ListElementsNodes+Attri

13、butes浏览单元信息后，关闭该窗口。4施加约束和载荷4.1节点自由度约束Main Menu：SolutionDefine Loads ApplyStructural Displacement On nodes。用鼠标在图形窗口内选择节点1。按下选择窗口内的Apply按钮。选择自由度UX和UY，并在VALUE后为其输入数值0。按下Apply按钮。用鼠标在图形窗口内选择节点5。按下选择窗口内的Apply按钮。选择自由度UY，并在VALUE后为其输入数值0。按下OK按钮。施加载荷4.2.1施加节点1处的集中载荷F。Main Menu：SolutionDefine Loads ApplyStruct

14、uralForce/Moment On nodes。用鼠标在图形窗口内选择节点3。按下选择窗口内的Apply按钮。在第一个下拉列表中选择FY，并在下面的文本框内输入其值F（向上为Y轴正方向）。按下Apply按钮。4.2.2施加节点3处的弯矩m。Main Menu：SolutionDefine Loads ApplyStructuralForce/Moment On nodes。用鼠标在图形窗口内选择节点3。按下选择窗口内的Apply按钮。在第一个下拉列表中选择MZ，并在下面的文本框内输入其值M（逆时针为正方向）。按下OK按钮。4.2.3施加单元5到单元6上的的分布载荷q。Main Menu：S

15、olutionDefine LoadsApplyStructural Pressure On Beams。用鼠标在图形窗口内选择单元5到单元6。按下选择窗口内的Apply按钮。在LKEY后的文本框内输入数值1。在VALI和VALJ后的编辑框内分别输入Q，按下OK按钮。5求解5.1定义分析类型Main Menu：Solution Anslysis Type New Analysis。选中Static选项。按下OK按钮。5.2求解Main Menu：Solution SolveCurrent Ls。按下OK按钮关闭Solve Current Load Step窗口。按下Close按钮关闭求解结束后

16、出现的Information窗口。浏览/STATUS Command窗口内的信息后，将其关闭。6后处理6.1绘制梁的Y方向变形图Main Menu：General PostprocPlot ResultsContour Plot Nodal Solu. 选择DOF Solution下的Y-Component of displacement在Undisplaced shape key 后选择Deformed shape with underformed edge OK6.2建立单元结果表6.2.1创建单元表，计算节点弯矩。Main Menu：General PostprocElement Tab

17、leDefine Table。按下Element Table Data窗口内的Add按钮。在Lab后的文本框内输入IMOMENT。在左侧列表中选择By sequence num项。右侧列表中选择SMICS，项。在右侧列表下的文本框内SMICS后面，输入6。按下Apply按钮。在Lab后的文本框内输入JMOMENT。重复上面的步骤在Lab后的文本框内输入JMOMENT重复上述步骤，在右侧列表下文本框内输入SMICS，12。按下OK按钮Close。6.2.2创建单元表，计算节点剪力Main Menu：General PostprocElement TableDefine Table。按下Eleme

18、nt Table Data窗口内的Add按钮。在Lab后的文本框内输入ISHEAR。在左侧列表中选择By sequence num项。右侧列表中选择SMICS，项。右侧列表下的文本框内SMICS后面，输入2。按下Apply按钮。在Lab后的文本框内输入JSHEAR。重复上面的步骤。右侧列表下的文本框内SMICS后面，输入8。按下OK按钮Close。6.3结果显示6.3.1列出各节点弯矩和剪力Main Menu：General PostprocList ResultsEleme Table Data。在List Element Table Data窗口内选择IMOMENT，JMOMENT，ISH

19、EAR和JSHEAR。按下OK按钮并在浏览资料窗口内的信息后，将其关闭。6.3.2画剪力图Main Menu：General PostprocPlot ResultsContour Plot Line Elem Res在第一个下拉列表中选择ISHEAR，在第二个下拉列表中选择JSHEAR。按下OK按钮。剪力图：6.3.3画弯矩图Main Menu：General PostprocPlot ResultsLine Elem Res在第一个下拉列表中选择IMOMENT，在第二个下拉列表中选择JMOMENT。按下OK按钮。弯矩图：7退出程序Toolbar：Quit。选择Quit-No Save！按下OK按钮。参考文献【1】 李黎明.NSYS有限元分析实用教程【M】.北京：清华大学出版社【2】 刘国庆，杨庆东.ANSYS工程应用教程【M】.北京：中国铁道出版社，2003.【3】 张应迁，张洪才.ANSYS有限元分析从入门到精通【M】.人民邮电出版社.【4】 倪洪启，顾耀新.现代机械设计方法【M】北京：化学工业出版社